知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023150211
(43)【公開日】2023-10-16
(54)【発明の名称】高電圧印加回路
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20231005BHJP
H05H 1/46 20060101ALN20231005BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 M
H05H1/46 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022059198
(22)【出願日】2022-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(72)【発明者】
【氏名】河野 真吾
【テーマコード（参考）】
2G084
5H770
【Ｆターム（参考）】
2G084BB07
2G084CC08
5H770AA05
5H770AA21
5H770LA01Z
5H770PA11
5H770PA21
5H770QA01
5H770QA08
(57)【要約】
【課題】コロナ放電を抑制できる高電圧印加回路を提供する。
【解決手段】グランド電位に接続された平面を有するヒートシンク１０と、前記第１金属材の平面上に設けた平板形状のセラミック板２０と、金属基板３０と、第１端子３６および第２端子３７を除き金属基板３０を覆う絶縁樹脂４０とを備えている。金属基板３０は、金属材３１、絶縁層３２、第１高電圧が印加される第１導電領域３３および第２高電圧が印加される第２導電領域３４を有するとともに、第１導電領域３３および第２導電領域３４との間に電気部品３５が実装され、且つ、第１端子３６および第２端子３７が形成されている。金属基板３０は、絶縁樹脂４０を介して、ヒートシンク１０と熱的に接続されており、金属基板３０の第１端子３６および第２端子３７は、セラミック板２０とは反対側に設けられている
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
グランド電位に接続された平面を有する第１金属材と、
前記第１金属材の平面上に設けた平板形状の第１絶縁材と、
第２金属材、絶縁層、第１高電圧が印加される第１導電領域および前記第１高電圧とは異なる第２高電圧が印加される第２導電領域を有するとともに、前記第１導電領域と前記第２導電領域との間に電気部品が実装され、且つ、前記第１導電領域と電気的に接続された第１端子および前記第２導電領域と電気的に接続された第２端子が形成された金属基板と、
前記第１端子および前記第２端子を除き、前記金属基板を覆う第２絶縁材と、を備え、
前記金属基板は、前記第１絶縁材に対して前記第１金属材と反対側の位置に設けられており、
前記金属基板の前記第１絶縁材に近い面は、前記第２絶縁材を介して、前記第１絶縁材と熱的に接続されており、
前記金属基板の第１端子および第２端子は、前記第１絶縁材とは反対側に設けられている、
高電圧印加回路。
前記第１金属材の平面上に設けた平板形状の第１絶縁材と、
第２金属材、絶縁層、第１高電圧が印加される第１導電領域および前記第１高電圧とは異なる第２高電圧が印加される第２導電領域を有するとともに、前記第１導電領域と前記第２導電領域との間に電気部品が実装され、且つ、前記第１導電領域と電気的に接続された第１端子および前記第２導電領域と電気的に接続された第２端子が形成された金属基板と、
前記第１端子および前記第２端子を除き、前記金属基板を覆う第２絶縁材と、を備え、
前記金属基板は、前記第１絶縁材に対して前記第１金属材と反対側の位置に設けられており、
前記金属基板の前記第１絶縁材に近い面は、前記第２絶縁材を介して、前記第１絶縁材と熱的に接続されており、
前記金属基板の第１端子および第２端子は、前記第１絶縁材とは反対側に設けられている、
高電圧印加回路。
【請求項2】
前記第２絶縁材の比誘電率は３以上である、
請求項１に記載の高電圧印加回路。
請求項１に記載の高電圧印加回路。
【請求項3】
前記第１金属材と前記第１絶縁材との間には、オイルコンパウンドが塗布されている、
請求項１又は２の何れか一項に記載の高電圧印加回路。
請求項１又は２の何れか一項に記載の高電圧印加回路。
【請求項4】
前記第１高電圧は、絶対値が１０ｋＶ以上の電圧であり、
前記第２高電圧は、絶対値が１０ｋＶ以上で前記第１高電圧とは異なる電圧である
請求項１～３の何れか一項に記載の高電圧印加回路。
前記第２高電圧は、絶対値が１０ｋＶ以上で前記第１高電圧とは異なる電圧である
請求項１～３の何れか一項に記載の高電圧印加回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、高電圧が印加される高電圧印加回路に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ウェハや液晶基板を製造する工程で用いられるプラズマ処理装置では、例えば、パルス状の電圧（パルス電圧）を発生させるパルス電源装置のように、高電圧を発生させる電源装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
パルス電源装置は、例えば、直流電力をインバータ回路で交流電力に変換した後、変圧器により異なる電圧値の交流電力に変換し、整流平滑回路で整流・平滑し、さらにスイッチング回路等によりパルス電圧を発生させるよう構成される。
上記のようなパルス電源装置では、絶対値が１０ｋＶ程度の高電圧の電位を有するパルス電圧を出力する。その都合上、整流平滑回路やスイッチング回路では絶対値が１０ｋＶ程度の高電圧が印加される部位（以下、高電位部位）が生じる。周知のように、印加される電圧が高いほどコロナ放電が発生し易くなるので、このような高電位部位で用いる高電圧印加回路では、コロナ放電を抑制する必要がある。
パルス電源装置は、例えば、直流電力をインバータ回路で交流電力に変換した後、変圧器により異なる電圧値の交流電力に変換し、整流平滑回路で整流・平滑し、さらにスイッチング回路等によりパルス電圧を発生させるよう構成される。
上記のようなパルス電源装置では、絶対値が１０ｋＶ程度の高電圧の電位を有するパルス電圧を出力する。その都合上、整流平滑回路やスイッチング回路では絶対値が１０ｋＶ程度の高電圧が印加される部位（以下、高電位部位）が生じる。周知のように、印加される電圧が高いほどコロナ放電が発生し易くなるので、このような高電位部位で用いる高電圧印加回路では、コロナ放電を抑制する必要がある。
【0003】
コロナ放電を抑制する技術を開示している文献としては、例えば、特許文献２がある。この特許文献２は、スイッチング素子等の部品を含む高電圧印加回路のネジ（グランド電位）の周囲の空隙（ネジ穴の一部）に電界が集中することによるコロナ放電の発生を抑制する技術が開示している。具体的には、ネジ周囲の空隙と高電位部位との間にグランド電位の導体を挿入して、空隙への電界集中を無くすことでコロナ放電を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３－１２５７２９号公報
【特許文献2】特開２０１８－０６７６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献２は、ネジの周囲の空隙に対する対策にすぎない。また、印加電圧が３．３ｋＶ程度なので、比較的低い電圧である。
それに対して、例えば、絶対値１０ｋＶ以上の高電圧が印加されると、より一層コロナ放電が発生し易くなるので、高電圧が印加される高電位部位（金属基板の導電領域等）とグランド電位の部材との間でのコロナ放電が発生しないように対策を行う必要がある。特に、部品の端子や角張った箇所からコロナ放電が発生し易いので、それらの箇所について、コロナ放電を抑制する対策が必要となる。
それに対して、例えば、絶対値１０ｋＶ以上の高電圧が印加されると、より一層コロナ放電が発生し易くなるので、高電圧が印加される高電位部位（金属基板の導電領域等）とグランド電位の部材との間でのコロナ放電が発生しないように対策を行う必要がある。特に、部品の端子や角張った箇所からコロナ放電が発生し易いので、それらの箇所について、コロナ放電を抑制する対策が必要となる。
【0006】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高電圧が印加される高電位部位とグランド電位の部材との間でのコロナ放電を抑制できる高電圧印加回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係る高電圧印加回路は、
グランド電位に接続された平面を有する第１金属材と、
前記第１金属材の平面上に設けた平板形状の第１絶縁材と、
第２金属材、絶縁層、第１高電圧が印加される第１導電領域および前記第１高電圧とは異なる第２高電圧が印加される第２導電領域を有するとともに、前記第１導電領域と前記第２導電領域との間に電気部品が実装され、且つ、前記第１導電領域と電気的に接続された第１端子および前記第２導電領域と電気的に接続された第２端子が形成された金属基板と、
前記第１端子および前記第２端子を除き、前記金属基板を覆う第２絶縁材と、を備え、
前記金属基板は、前記第１絶縁材に対して前記第１金属材と反対側の位置に設けられており、
前記金属基板の前記第１絶縁材に近い面は、前記第２絶縁材を介して、前記第１絶縁材と熱的に接続されており、
前記金属基板の第１端子および第２端子は、前記第１絶縁材とは反対側に設けられている。
グランド電位に接続された平面を有する第１金属材と、
前記第１金属材の平面上に設けた平板形状の第１絶縁材と、
第２金属材、絶縁層、第１高電圧が印加される第１導電領域および前記第１高電圧とは異なる第２高電圧が印加される第２導電領域を有するとともに、前記第１導電領域と前記第２導電領域との間に電気部品が実装され、且つ、前記第１導電領域と電気的に接続された第１端子および前記第２導電領域と電気的に接続された第２端子が形成された金属基板と、
前記第１端子および前記第２端子を除き、前記金属基板を覆う第２絶縁材と、を備え、
前記金属基板は、前記第１絶縁材に対して前記第１金属材と反対側の位置に設けられており、
前記金属基板の前記第１絶縁材に近い面は、前記第２絶縁材を介して、前記第１絶縁材と熱的に接続されており、
前記金属基板の第１端子および第２端子は、前記第１絶縁材とは反対側に設けられている。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、高電圧印加回路において、高電圧が印加される高電位部位とグランド電位の部材との間でのコロナ放電を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本実施形態の高電圧印加回路１は、例えば、プラズマ処理装置にパルス状の電圧（パルス電圧）を供給するパルス電源装置に用いられる。パルス電源装置は、例えば、直流電力をインバータ回路で交流電力に変換した後、変圧器により異なる電圧値の交流電力に変換し、整流平滑回路で整流・平滑し、さらにスイッチング回路等によって絶対値が１０ｋＶ程度の高電圧のパルス電圧を出力する。
そして、高電圧印加回路１は、整流平滑回路やスイッチング回路のように、絶対値が１０ｋＶ程度の高電圧が印加される部位（以下、高電位部位）で用いられるので、コロナ放電の発生を抑制できる構造にする必要がある。
そして、高電圧印加回路１は、整流平滑回路やスイッチング回路のように、絶対値が１０ｋＶ程度の高電圧が印加される部位（以下、高電位部位）で用いられるので、コロナ放電の発生を抑制できる構造にする必要がある。
【0011】
以下、添付の図１乃至図４を参照しながら、本開示に係る高電圧印加回路１の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本実施形態の高電圧印加回路１の断面図である。
図２は、本実施形態の高電圧印加回路１を上から見た場合の平面図である。
図１および図２に示すように、高電圧印加回路１は、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の上側に設けられたセラミック板２０と、セラミック板２０の上側に設けられた金属基板３０と、金属基板３０を覆う絶縁樹脂４０と、を備える。
図１は、本実施形態の高電圧印加回路１の断面図である。
図２は、本実施形態の高電圧印加回路１を上から見た場合の平面図である。
図１および図２に示すように、高電圧印加回路１は、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の上側に設けられたセラミック板２０と、セラミック板２０の上側に設けられた金属基板３０と、金属基板３０を覆う絶縁樹脂４０と、を備える。
【0012】
なお、図２では、絶縁樹脂４０を透過させて図示することにより、本来であれば見えない金属基板３０内部の絶縁層３２、第１導電領域３３、第２導電領域３４、電気部品３５、第１端子３６および第２端子３７を図示している。金属材３１は、絶縁層３２、第１導電領域３３および第２導電領域３４で隠れているので図示していない。また、絶縁層３２は、図面の関係上、一部しか図示していない。
【0013】
ヒートシンク１０は、「第１金属材」の一例であり、グランド電位に接続された冷却用の金属材であり、平面を有する平板形状をしている。ヒートシンク１０の材質は、例えば、銅、アルミニウム等であり、熱伝導率が高い材質が適している。なお、ヒートシンク１０の内部を冷却水が循環できるように構成してもよい。
【0014】
セラミック板２０は「第１絶縁材」の一例であり、ヒートシンク１０（第１金属材）の平面上に設けられた平板形状の部材である。好ましくはアルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ等が用いられる。本実施形態におけるセラミック板２０の厚みは１０ｍｍである。
一般的に、セラミック板２０の厚みが厚いほど、後述の金属基板３０の金属材３１とヒートシンク１０との間の距離が長くなるので、コロナ放電が発生し難くなる方向に働く。しかし、セラミック板２０の厚みを厚くするほど、ヒートシンク１０による放熱効果が低くなるので、あまり厚くすることは好ましくない。本実施形態のように、セラミック板２０を例えばアルミナのセラミックス板とし、かつ、厚みが１０ｍｍとする構成にすることで、絶対値が１０ｋＶ以上の高電圧を部品に印加したときにコロナ放電を抑制しつつ、十分な放熱効果を得ることができることができる。
一般的に、セラミック板２０の厚みが厚いほど、後述の金属基板３０の金属材３１とヒートシンク１０との間の距離が長くなるので、コロナ放電が発生し難くなる方向に働く。しかし、セラミック板２０の厚みを厚くするほど、ヒートシンク１０による放熱効果が低くなるので、あまり厚くすることは好ましくない。本実施形態のように、セラミック板２０を例えばアルミナのセラミックス板とし、かつ、厚みが１０ｍｍとする構成にすることで、絶対値が１０ｋＶ以上の高電圧を部品に印加したときにコロナ放電を抑制しつつ、十分な放熱効果を得ることができることができる。
【0015】
金属基板３０は、例えば、金属ベース基板や金属コア基板を用いた回路基板であり、基板のベースまたは内部に金属材を用いることで放熱性を高めることができる。なお、図１は、金属基板３０として金属ベース基板を用いた一例を示しているが、金属コア基板を用いることも可能である。
【0016】
金属基板３０は、図１に示すように、例えば、金属材３１、絶縁層３２、第１導電領域３３、第２導電領域３４、電気部品３５、第１端子３６および第２端子３７を有している。
【0017】
金属材３１は、「第２金属材」の一例であり、放熱性を高めるための金属材である。金属材の材質は、例えば、アルミニウム、銅またはステンレスである。なお、図１では金属材３１が金属ベースとして金属基板３０の下側に位置しているが、金属コア基板のように絶縁層で挟み込むようにしてもよい。
金属材３１は、他の導電体と電気的に接続されていないが、絶縁樹脂４０、セラミック板２０を介してヒートシンク１０に熱的に接続されているので、電気部品３５で発生する熱を効果的に放熱させることができる。
金属材３１の厚みは、０．８～５．０ｍｍ程度である。本実施形態では厚みが２ｍｍ（アルミニウムまたは銅）の金属材３１を用いている。
金属材３１の材質の熱伝導率や厚みは、コスト、金属基板３０の大きさ、実装物の重量（反らないように）等を考慮して定められる。
なお、上述したように、角張った箇所は、コロナ放電が発生し易いので、図２に示すように、金属材３１および第１導電領域３３の角部は直角ではなく、丸みを持たせている。
金属材３１は、他の導電体と電気的に接続されていないが、絶縁樹脂４０、セラミック板２０を介してヒートシンク１０に熱的に接続されているので、電気部品３５で発生する熱を効果的に放熱させることができる。
金属材３１の厚みは、０．８～５．０ｍｍ程度である。本実施形態では厚みが２ｍｍ（アルミニウムまたは銅）の金属材３１を用いている。
金属材３１の材質の熱伝導率や厚みは、コスト、金属基板３０の大きさ、実装物の重量（反らないように）等を考慮して定められる。
なお、上述したように、角張った箇所は、コロナ放電が発生し易いので、図２に示すように、金属材３１および第１導電領域３３の角部は直角ではなく、丸みを持たせている。
【0018】
絶縁層３２は、金属材３１の上部に形成された絶縁層であり、金属材３１と第１導電領域３３および第２導電領域３４との絶縁をするものである。
なお、絶縁層３２の厚みは０．１ｍｍ程度なので薄い。しかし、図１では、理解し易くするために、実際よりも厚み持たせて図示している。
なお、絶縁層３２の厚みは０．１ｍｍ程度なので薄い。しかし、図１では、理解し易くするために、実際よりも厚み持たせて図示している。
【0019】
第１導電領域３３は、絶対値が１０ｋＶ以上の第１高電圧が印加される導電領域であり、金属基板３０の表面の銅箔層を加工して形成される。この第１導電領域３３には、例えば、－１０ｋＶの電圧が印加される。
【0020】
第２導電領域３４は、絶対値が１０ｋＶ以上の第２高電圧が印加される導電領域であり、金属基板３０の表面の銅箔層を加工して形成される。この第２導電領域３４には、例えば、－１１．５ｋＶの電圧が印加される。
【0021】
電気部品３５は、第１導電領域３３と第２導電領域３４との間に実装される電気部品である。電気部品３５は、例えば、ダイオード、コンデンサ、インダクタ、スイッチング素子、抵抗、２端子以上を持つコネクタおよびジャンパ等である。
上記の例では、電気部品３５の一方の端子に－１０ｋＶの電位が印加され、他方の端子に－１１．５ｋＶの電圧が印加される。すなわち、上記の例では、電気部品３５の両端には、電位差１．５ｋＶの電圧が印加される。
上記の例では、電気部品３５の一方の端子に－１０ｋＶの電位が印加され、他方の端子に－１１．５ｋＶの電圧が印加される。すなわち、上記の例では、電気部品３５の両端には、電位差１．５ｋＶの電圧が印加される。
【0022】
なお、電気部品３５の両端に印加される電圧（第１導電領域３３と第２導電領域３４との間の電圧）は、直流電圧であってもよいが、通常は、交流電圧またはパルス電圧のように電圧値が変化する電圧である。この場合、電気部品３５の両端に印加される電圧は、時間と共に変化する。
【0023】
また、図１には、説明を簡略化するために、電気部品３５を１つしか図示していないが、複数の電気部品３５を実装してもよい。また、複数の電気部品３５を直列接続したものを第１導電領域３３と第２導電領域３４との間に実装してもよい。
また、電気部品３５が、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）であれば、本来３つの端子（ゲート、ドレイン、ソース）がある。そのため、第１導電領域３３および第２導電領域３４以外にも導電領域が必要であるが、説明を簡略化するために、図１では電気部品３５の端子および導電領域を一部省略している。
また、電気部品３５が、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）であれば、本来３つの端子（ゲート、ドレイン、ソース）がある。そのため、第１導電領域３３および第２導電領域３４以外にも導電領域が必要であるが、説明を簡略化するために、図１では電気部品３５の端子および導電領域を一部省略している。
【0024】
第１端子３６は、第１導電領域３３と電気的に接続された端子であり、この端子を介して外部と電気的に接続できるようになっている。また、第２端子３７は、第２導電領域３４と電気的に接続された端子であり、この端子を介して外部と電気的に接続できるようになっている。そのため、属基板３０に形成された第１端子３６および第２端子３７は絶縁樹脂４０から突出している。
【0025】
なお、以下では、第１高電圧が印加される第１導電領域３３および第１導電領域３３と同じ電位の部位を第１高電位部位とし、第２高電圧が印加される第２導電領域３４および第２導電領域３４と同じ電位の部位を第２高電位部位とする
【0026】
絶縁樹脂４０は「第２絶縁材」の一例であり、第１端子３６および第２端子３７を除き、金属基板３０を覆う絶縁材であり、例えば、シリコーン等の絶縁材で形成されている。
この絶縁樹脂４０は、金属基板３０からのコロナ放電を抑制するためと、放熱性を高めるために用いられる。そのため、絶縁樹脂４０は、絶縁耐力が大きく、熱伝導率の良いものが望ましい。
この絶縁樹脂４０は、金属基板３０からのコロナ放電を抑制するためと、放熱性を高めるために用いられる。そのため、絶縁樹脂４０は、絶縁耐力が大きく、熱伝導率の良いものが望ましい。
【0027】
ここで、シリコーン等の絶縁材の絶縁耐力は、空気の絶縁耐力３．０ｋＶ／ｍｍよりも大きいことが知られている。例えば、２０～３０ｋＶ／ｍｍ程度の絶縁耐力を有するシリコーンゴムが販売されている。
また、上記シリコーンゴムの熱伝導率は、空気の熱伝導率０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きく、例えば、０．１～５．１Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。そのため、絶縁樹脂４０をシリコーン等の絶縁材で形成すれば、放熱性を大幅に低下させることなく、コロナ放電を抑制することができる。
このように、用途に合わせた様々なシリコーン等の絶縁材が販売されているので、絶縁耐力や熱伝導率を考慮し、適切な材料を選択すればよい。
また、上記シリコーンゴムの熱伝導率は、空気の熱伝導率０．０２４１Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きく、例えば、０．１～５．１Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。そのため、絶縁樹脂４０をシリコーン等の絶縁材で形成すれば、放熱性を大幅に低下させることなく、コロナ放電を抑制することができる。
このように、用途に合わせた様々なシリコーン等の絶縁材が販売されているので、絶縁耐力や熱伝導率を考慮し、適切な材料を選択すればよい。
【0028】
なお、後述するように、金属板の底面に塗布する絶縁樹脂４０の厚みは０．１ｍｍ程度なので薄い。また、金属板の側面の絶縁樹脂４０の厚みは、１～２ｍｍ以上にすることが好ましい。しかし、図１では、理解し易くするために、実際と厚みを異ならせて図示している。
【0029】
また、上記のように、電気部品３５の両端に印加される電圧（第１導電領域３３と第２導電領域３４との間の電圧）は、通常は、交流電圧またはパルス電圧のように電圧値が変化する電圧である。そのため、コロナ放電の抑制に関しては、絶縁耐力だけでなく、比誘電率も重要となる。これについて説明する。
【0030】
＜絶縁樹脂４０の比誘電率について＞
コロナ放電は、金属基板３０からヒートシンク１０に至る経路上で発生する。この経路において、金属基板３０の金属材３１を一方の電極とし、ヒートシンク１０を他方の電極とするキャパシタ（コンデンサ）と見なすことができる。
また、電気部品３５に印加される高電圧が、交流電圧またはパルス電圧のように電圧値が変化する場合は、絶縁樹脂４０の比誘電率が大きい方が望ましい。何故ならば、比誘電率が大きい程、電極間のキャパシタンスが大きくなるので、交流に対するインピーダンスが小さくなる。その結果、電界強度が弱まる（小さくなる）ので、コロナ放電が発生し難くなる方向に働くからである。そのため、絶縁樹脂４０の比誘電率は、大気の比誘電率である１よりも大きくする必要があり、少なくとも３以上が望まれる。これによって、確実に電界強度を弱めて、コロナ放電を抑制することができる。
コロナ放電は、金属基板３０からヒートシンク１０に至る経路上で発生する。この経路において、金属基板３０の金属材３１を一方の電極とし、ヒートシンク１０を他方の電極とするキャパシタ（コンデンサ）と見なすことができる。
また、電気部品３５に印加される高電圧が、交流電圧またはパルス電圧のように電圧値が変化する場合は、絶縁樹脂４０の比誘電率が大きい方が望ましい。何故ならば、比誘電率が大きい程、電極間のキャパシタンスが大きくなるので、交流に対するインピーダンスが小さくなる。その結果、電界強度が弱まる（小さくなる）ので、コロナ放電が発生し難くなる方向に働くからである。そのため、絶縁樹脂４０の比誘電率は、大気の比誘電率である１よりも大きくする必要があり、少なくとも３以上が望まれる。これによって、確実に電界強度を弱めて、コロナ放電を抑制することができる。
【0031】
また、絶縁樹脂４０の比誘電率は、セラミック板２０の比誘電率と同程度のものが好ましい。何故ならば、金属基板３０からヒートシンク１０に至る経路上における絶縁体（誘電体)の比誘電率が均一であると、上記の経路上において電界強度が線形的に変化するので、コロナ放電が発生し難くなる方向に働くからである。
ただし、セラミック板２０に用いるアルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ等の比誘電率は８～１０程度であるが、絶縁樹脂４０として用いるシリコーン等の比誘電率は、大きくても６程度なので、両者の比誘電率を同じにするのは困難である。そのため、ある程度の比誘電率の差を許容した上で、絶縁樹脂４０を選定することになる。このような状況を踏まえ、絶縁樹脂４０の比誘電率は６以上とするのが好ましい。この場合、セラミック板２０の比誘電率と絶縁樹脂４０の比誘電率との差は、２～４となる。このようにすれば、コロナ放電の発生を抑制し易くなる。
ただし、セラミック板２０に用いるアルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ等の比誘電率は８～１０程度であるが、絶縁樹脂４０として用いるシリコーン等の比誘電率は、大きくても６程度なので、両者の比誘電率を同じにするのは困難である。そのため、ある程度の比誘電率の差を許容した上で、絶縁樹脂４０を選定することになる。このような状況を踏まえ、絶縁樹脂４０の比誘電率は６以上とするのが好ましい。この場合、セラミック板２０の比誘電率と絶縁樹脂４０の比誘電率との差は、２～４となる。このようにすれば、コロナ放電の発生を抑制し易くなる。
【0032】
＜金属基板３０の電位について＞
上記のように、金属材３１は、他の導電体と電気的に接続されていないが、高電位となる。この理由を図３を参照して説明する。
図３は、金属基板３０の電位を説明するための説明図である。
第１導電領域３３、第２導電領域３４およびヒートシンク１０は導電体なので、第１導電領域３３および第２導電領域を一方の電極とし、ヒートシンク１０を他方の電極とするコンデンサ５０であると考えることができる。厳密には、第１導電領域３３には、例えば－１０ｋＶの電圧が印加され、第２導電領域３４には、例えば－１１．５ｋＶの電圧が印加されるので、２種類のコンデンサになるが、説明を簡略化するために、ここではコンデンサ５０の一方の電極に－１０ｋＶの電圧が印加され、他方の電極がグランド電位であるとする。
上記のように、金属材３１は、他の導電体と電気的に接続されていないが、高電位となる。この理由を図３を参照して説明する。
図３は、金属基板３０の電位を説明するための説明図である。
第１導電領域３３、第２導電領域３４およびヒートシンク１０は導電体なので、第１導電領域３３および第２導電領域を一方の電極とし、ヒートシンク１０を他方の電極とするコンデンサ５０であると考えることができる。厳密には、第１導電領域３３には、例えば－１０ｋＶの電圧が印加され、第２導電領域３４には、例えば－１１．５ｋＶの電圧が印加されるので、２種類のコンデンサになるが、説明を簡略化するために、ここではコンデンサ５０の一方の電極に－１０ｋＶの電圧が印加され、他方の電極がグランド電位であるとする。
【0033】
上記のような関係があるため、金属材３１は、上記の一方の電極と他方の電極の間の浮遊電極になる。そのため、図３に示すように、コンデンサ５０は、第１コンデンサ５１と第２コンデンサ５２とが直列接続されたものであると考えることができる。
この場合、第１コンデンサ５１の電極間の誘電体は、絶縁層３２となる。第２コンデンサ５２の電極間の誘電体は、絶縁樹脂４０およびセラミック板２０となる。
ただし、金属材３１の底面に塗布される絶縁樹脂４０の厚み（０．１ｍｍ程度）がセラミック板２０の厚み（１０ｍｍ）に比べて非常に薄い。また、絶縁樹脂４０の比誘電率とセラミック板２０の比誘電率とは同じではないが、大きく違わない。そのため、以下では、説明を簡略化するために、第２コンデンサ５２の電極間の誘電体がセラミック板２０であるとして説明する。
この場合、第１コンデンサ５１の電極間の誘電体は、絶縁層３２となる。第２コンデンサ５２の電極間の誘電体は、絶縁樹脂４０およびセラミック板２０となる。
ただし、金属材３１の底面に塗布される絶縁樹脂４０の厚み（０．１ｍｍ程度）がセラミック板２０の厚み（１０ｍｍ）に比べて非常に薄い。また、絶縁樹脂４０の比誘電率とセラミック板２０の比誘電率とは同じではないが、大きく違わない。そのため、以下では、説明を簡略化するために、第２コンデンサ５２の電極間の誘電体がセラミック板２０であるとして説明する。
【0034】
ここで、第１コンデンサ５１の静電容量Ｃ５１＝ε０・εｒ５１・Ｓ５１／ｄ５１とし、
第２コンデンサ５２の静電容量Ｃ５２＝ε０・εｒ５２・Ｓ５２／ｄ５２とする。
ただし、ε０は真空の誘電率、εｒ５１は絶縁層３２の比誘電率、Ｓ５１は第１コンデンサ５１の電極面積、ｄ５１は第１コンデンサ５１の電極間距離、εｒ５２はセラミック板２０の比誘電率、Ｓ５２は第２コンデンサ５２の電極面積、ｄ５２はセラミック板２０の厚み（１０ｍｍ）である。
第２コンデンサ５２の静電容量Ｃ５２＝ε０・εｒ５２・Ｓ５２／ｄ５２とする。
ただし、ε０は真空の誘電率、εｒ５１は絶縁層３２の比誘電率、Ｓ５１は第１コンデンサ５１の電極面積、ｄ５１は第１コンデンサ５１の電極間距離、εｒ５２はセラミック板２０の比誘電率、Ｓ５２は第２コンデンサ５２の電極面積、ｄ５２はセラミック板２０の厚み（１０ｍｍ）である。
【0035】
また、説明を簡略化するために、絶縁層３２の比誘電率εｒ５１とセラミック板２０の比誘電率εｒ５２とが同じであり、第１コンデンサ５１の電極面積と第２コンデンサ５２の電極面積とが同じであるとする。
このように仮定すると、Ｃ５１：Ｃ５２＝１００：１となる。すなわち、第１コンデンサ５１の静電容量Ｃ５１は、第２コンデンサ５２の静電容量Ｃ５２の１００倍となる。そのため、交流的には、第１コンデンサ５１のインピーダンスは第２コンデンサ５２のインピーダンスの１／１００となる。また、第１コンデンサ５１に印加される電圧は、第２コンデンサ５２に印加される電圧の１／１００となる。
したがって、浮遊電極となる金属材３１の電位は、第１導電領域３３および第２導電領域３４と殆ど変わらず、約－１０ｋＶとなる。そのため、金属材３１（特に角部）ではコロナ放電が発生し易い。
このように仮定すると、Ｃ５１：Ｃ５２＝１００：１となる。すなわち、第１コンデンサ５１の静電容量Ｃ５１は、第２コンデンサ５２の静電容量Ｃ５２の１００倍となる。そのため、交流的には、第１コンデンサ５１のインピーダンスは第２コンデンサ５２のインピーダンスの１／１００となる。また、第１コンデンサ５１に印加される電圧は、第２コンデンサ５２に印加される電圧の１／１００となる。
したがって、浮遊電極となる金属材３１の電位は、第１導電領域３３および第２導電領域３４と殆ど変わらず、約－１０ｋＶとなる。そのため、金属材３１（特に角部）ではコロナ放電が発生し易い。
【0036】
＜絶縁樹脂４０の形成方法＞
次に、絶縁樹脂４０の形成方法について説明する。
（ステップ１）金属基板３０の底面（セラミック板２０に近い面）に、絶縁樹脂４０を塗布する。
（ステップ２）金属基板３０をセラミック板２０に固定するとともに、金属基板３０の周りに金型を固定する。金型は、金属基板３０よりも少し大きい寸法になっているので、金型の中に金属基板３０が入り込むような状態になる。
（ステップ３）金型に絶縁樹脂４０を充填した後、硬化させる。
（ステップ４）金型を取り去ることにより、金属基板３０が絶縁樹脂４０で覆われた状態となる。
（ステップ５）第１端子３６および第２端子３７の箇所の絶縁樹脂４０を取り去り、第１端子３６および第２端子３７を取り付ける。
以上の工程を行うことにより、第１端子３６および第２端子３７を除き、金属基板３０を絶縁樹脂４０で覆うことができる。
次に、絶縁樹脂４０の形成方法について説明する。
（ステップ１）金属基板３０の底面（セラミック板２０に近い面）に、絶縁樹脂４０を塗布する。
（ステップ２）金属基板３０をセラミック板２０に固定するとともに、金属基板３０の周りに金型を固定する。金型は、金属基板３０よりも少し大きい寸法になっているので、金型の中に金属基板３０が入り込むような状態になる。
（ステップ３）金型に絶縁樹脂４０を充填した後、硬化させる。
（ステップ４）金型を取り去ることにより、金属基板３０が絶縁樹脂４０で覆われた状態となる。
（ステップ５）第１端子３６および第２端子３７の箇所の絶縁樹脂４０を取り去り、第１端子３６および第２端子３７を取り付ける。
以上の工程を行うことにより、第１端子３６および第２端子３７を除き、金属基板３０を絶縁樹脂４０で覆うことができる。
【0037】
なお、金属基板３０の底面からの放熱性を高めるために、絶縁樹脂４０の熱伝導率は、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。また、薄く塗布することができるように、絶縁樹脂４０の粘度は、１０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
【0038】
また、金属基板３０の側面（特に金属材３１の角部や第１導電領域３３の角部）は、コロナ放電が発生し易いので、絶縁樹脂４０の厚みを１～２ｍｍ以上にすることが好ましい。
【0039】
＜絶縁樹脂４０を設けることの効果＞
次に、図４に示す比較例との対比を行うことにより、絶縁樹脂４０を設けることの効果について更に説明を行う。
図４は、図１に対応する比較例の高電圧印加回路２の断面図であり、図１に示した高電圧印加回路１に比べて絶縁樹脂４０が備わっていない。なお、絶縁樹脂４０以外は図１と同様の構成なので、図１と同じ符号を用いている。
次に、図４に示す比較例との対比を行うことにより、絶縁樹脂４０を設けることの効果について更に説明を行う。
図４は、図１に対応する比較例の高電圧印加回路２の断面図であり、図１に示した高電圧印加回路１に比べて絶縁樹脂４０が備わっていない。なお、絶縁樹脂４０以外は図１と同様の構成なので、図１と同じ符号を用いている。
【0040】
図４に示す比較例では、絶縁樹脂４０が備わっていないので、コロナ放電が発生し易い。特に点線で囲まれた部分、すなわち、金属材３１の角部では、コロナ放電が発生し易い。同様に第１導電領域３３の角部でもコロナ放電が発生し易いと考えられる。
しかし、本実施形態の金属基板３０は、第１端子３６および第２端子３７を除き、絶縁樹脂４０で覆われているので、コロナ放電を発生し難くすることができる。何故ならば、絶縁樹脂４０の絶縁耐力は空気よりも大きいからである。また、絶縁樹脂４０の比誘電率は、空気に比べて十分に大きいので、電気部品３５等に印加される高電圧が、交流電圧またはパルス電圧のように電圧値が変化する場合であっても、高電位部位（第１高電位部位および第２高電位部位）における電界強度を弱く（小さく）することができる。そのため、コロナ放電を発生し難くすることができる。すなわち、コロナ放電を抑制することができる。
しかし、本実施形態の金属基板３０は、第１端子３６および第２端子３７を除き、絶縁樹脂４０で覆われているので、コロナ放電を発生し難くすることができる。何故ならば、絶縁樹脂４０の絶縁耐力は空気よりも大きいからである。また、絶縁樹脂４０の比誘電率は、空気に比べて十分に大きいので、電気部品３５等に印加される高電圧が、交流電圧またはパルス電圧のように電圧値が変化する場合であっても、高電位部位（第１高電位部位および第２高電位部位）における電界強度を弱く（小さく）することができる。そのため、コロナ放電を発生し難くすることができる。すなわち、コロナ放電を抑制することができる。
【0041】
このコロナ放電の抑制について、更に具体的に説明する。
コロナ放電が発生する箇所を金属基板３０の金属材３１の角部と仮定した場合、金属材３１の角部からヒートシンク１０に至る経路を比較例と本実施形態とで比較すると、次のようになる。
（１）比較例：金属材３１の角部→空気層→セラミック板２０→ヒートシンク１０
（２）本実施形態：金属材３１の角部→絶縁樹脂４０→セラミック板２０→ヒートシンク１０
コロナ放電が発生する箇所を金属基板３０の金属材３１の角部と仮定した場合、金属材３１の角部からヒートシンク１０に至る経路を比較例と本実施形態とで比較すると、次のようになる。
（１）比較例：金属材３１の角部→空気層→セラミック板２０→ヒートシンク１０
（２）本実施形態：金属材３１の角部→絶縁樹脂４０→セラミック板２０→ヒートシンク１０
【0042】
このように、比較例では空気層であった箇所が、本実施形態では絶縁耐力の大きい絶縁樹脂４０になっているので、比較例よりもコロナ放電を発生し難くすることができる。
また、金属基板３０の第１端子３６および第２端子３７が、セラミック板２０とは反対側の位置に設けられているので、第１端子３６および第２端子３７からヒートシンク１０に至るまでの距離を物理的に遠くすることができる。そのため、第１端子３６および第２端子３７からのコロナ放電を発生し難くすることができる。
したがって、本実施形態のように高電圧印加回路１を構成すれば、絶対値が１０ｋＶ以上の高電位部位（特に金属材３１の角部または第１導電領域３３の角部等）とヒートシンク１０との間でのコロナ放電を抑制できる。
また、金属基板３０の第１端子３６および第２端子３７が、セラミック板２０とは反対側の位置に設けられているので、第１端子３６および第２端子３７からヒートシンク１０に至るまでの距離を物理的に遠くすることができる。そのため、第１端子３６および第２端子３７からのコロナ放電を発生し難くすることができる。
したがって、本実施形態のように高電圧印加回路１を構成すれば、絶対値が１０ｋＶ以上の高電位部位（特に金属材３１の角部または第１導電領域３３の角部等）とヒートシンク１０との間でのコロナ放電を抑制できる。
【0043】
また、金属基板３０は、セラミック板２０に対してヒートシンク１０と反対側の位置に設けられており、絶縁樹脂４０を介して、セラミック板２０と熱的に接続されている。そのため、金属基板３０で発生する熱を効果的に放熱することができる。すなわち、本実施形態では、コロナ放電を抑制するだけでなく、放熱面での対策も行うことができる。
【0044】
＜その他＞
（１）ヒートシンク１０とセラミック板２０との間に、オイルコンパウンドが塗布してもよい。このようにすると、ヒートシンク１０とセラミック板２０との密着性を高めることができるので、金属基板で発生する熱の放熱効果を高めることができる。
（２）図１および図２に示した実施形態では、第１高電位部位（例えば、－１０ｋＶ）が金属基板３０の外側に配置され、第２高電位部位（例えば、－１１．５ｋＶ）が属基板３０の中央に配置されていた。しかし、これに限定されるものではなく、第１高電位部位が金属基板３０の中央に配置され、第２高電位部位が金属基板３０の外側に配置されてもよい。ただし、図４で説明したように、金属基板３０の外側の方が、コロナ放電が発生し易いので、電位の低い第１高電位部位を外側に配置した方が好ましい。
（３）上記で説明した実施形態では、第１高電位部位および第２高電位部位が負（マイナス）の電位を有していたが、正（プラス）の電位であってもよい。
（１）ヒートシンク１０とセラミック板２０との間に、オイルコンパウンドが塗布してもよい。このようにすると、ヒートシンク１０とセラミック板２０との密着性を高めることができるので、金属基板で発生する熱の放熱効果を高めることができる。
（２）図１および図２に示した実施形態では、第１高電位部位（例えば、－１０ｋＶ）が金属基板３０の外側に配置され、第２高電位部位（例えば、－１１．５ｋＶ）が属基板３０の中央に配置されていた。しかし、これに限定されるものではなく、第１高電位部位が金属基板３０の中央に配置され、第２高電位部位が金属基板３０の外側に配置されてもよい。ただし、図４で説明したように、金属基板３０の外側の方が、コロナ放電が発生し易いので、電位の低い第１高電位部位を外側に配置した方が好ましい。
（３）上記で説明した実施形態では、第１高電位部位および第２高電位部位が負（マイナス）の電位を有していたが、正（プラス）の電位であってもよい。
【0045】
以上、本開示の実施形態を説明したが、上述の実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら新規な実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【0046】
また、本明細書に記載された実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
【符号の説明】
【0047】
１ 高電圧印加回路１
１０ ヒートシンク
２０ セラミック板
３０ 金属基板
４０ 絶縁樹脂
３１ 金属材
３２ 絶縁層
３３ 第１導電領域
３４ 第２導電領域
３５ 電気部品
３６ 第１端子
３７ 第２端子
１０ ヒートシンク
２０ セラミック板
３０ 金属基板
４０ 絶縁樹脂
３１ 金属材
３２ 絶縁層
３３ 第１導電領域
３４ 第２導電領域
３５ 電気部品
３６ 第１端子
３７ 第２端子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】